¿Qué polímero elegir para cada aplicación de impresión 3D?

Hoy en día existe una amplia variedad de materiales compatibles con las tecnologías de fabricación aditiva, desde termoplásticos hasta metales, pasando por cerámicas y resinas fotosensibles. La familia más grande de estos materiales es la de los polímeros, los cuales se pueden encontrar en estados diferentes en función del método de impresión 3D que se va a utilizar. Sin embargo, la elección del polímero correcto según cada aplicación y sector puede ser una tarea complicada. Es importante conocer las propiedades y características de cada material para asegurar el correcto rendimiento de las piezas finales. Con el fin de dar respuesta a las preguntas en torno a la elección de polímeros según cada aplicación de impresión 3D, hemos hablado con tres expertos de la industria. ¿Qué tipos de polímeros podemos encontrar? ¿Para qué aplicaciones son más adecuados? ¿Qué se debe tener en cuenta a la hora de escoger el material? Te resolvemos todas estas dudas a continuación.

Nuestro primer experto es Francisco José Uclés, responsable del departamento de aditiva Xper3d, de Serveo, Antigua Ferrovial Servicios. Cuentan con un departamento con una alta capacidad productiva en múltiples tecnologías y con una capa de ingeniería y diseño muy profesional. La segunda experta es Fernanda Kronjäger, Sales Manager & Technical Consulting 3D en la química BASF. Especializada en la tecnología de sinterizado por láser, Fernanda ayuda a que sus clientes encuentren el polímero adecuado para cada aplicación. Por último tenemos a Jaume Altesa, Responsable del 3D Printing Hub en ALSTOM Barcelona. En ALSTOM llevan más de 7 años involucrados en proyectos relacionados con la impresión 3D aplicada al ferrocarril, desde el diseño de piezas, estudios de coste, R&D en materiales e impresión 3D de series cortas. Los 3 profesionales cuentan con la experiencia necesaria para dar consejos en torno a la fabricación aditiva de polímeros y, más concretamente, en la utilización de dichos materiales según la aplicación.

Variedad de polímeros en el mercado actual

En la actualidad existe una amplia oferta de polímeros para impresión 3D. De hecho, esta familia de materiales, además de ser extensa, puede encontrarse en estado líquido como la resina o sólido, como los filamentos o el polvo. Los principales que nos vienen a la cabeza son los termoplásticos (PLA o ABS), los elastómeros (TPA o TPU, en filamento o polvo), los polímeros fotosensibles como la resina, o aquellos solubles que nos ayudan a crear estructuras de soporte. Además, también está la poliamida, que se suele encontrar en forma de polvo (PA11, PA12) para el sinterizado selectivo por láser o SLS, pero también está en forma de filamento (PA6) compatible con los métodos de extrusión.

Con respecto al crecimiento del mercado de materiales para impresión 3D, Francisco José Uclés afirma: “Ciertamente la variedad de materiales es el mayor crecimiento que ha tenido la industria durante los últimos años. Cada vez se desarrollan muchas más opciones de materiales para fabricación aditiva, así como más variedad por tecnología de impresión 3D”. Por su parte, Fernanda Kronjäger comenta: “El número de estos materiales aumenta año tras año en función de las necesidades de las distintas aplicaciones de los clientes”. Esto último destaca un punto fundamental en este aspecto. La tecnología 3D se está abriendo cada vez a más aplicaciones, por lo que está surgiendo una necesidad de cubrir las exigencias de cada sector.

Factores determinantes en el proceso

Otro de los puntos importantes antes de elegir el polímero adecuado es saber valorar todos los factores determinantes del proceso. Esto es, por ejemplo, el diseño de la pieza, que se verá afectado según la tecnología que se vaya a utilizar para su fabricación. Por ejemplo, al diseñar un modelo 3D para extrusión se requerirán soportes y la complejidad de la pieza se verá limitada. Por otro lado, en los procesos de lecho de polvo, los modelos tienen mucha mayor libertad de diseño al no requerir soportes y poder reproducir hasta los detalles más pequeños. Así lo señala Jaume Altesa: “Según el material y proceso, los criterios de diseño de pieza cambian: más espesores, niveles de detalle, precisión. También es importante diseñar para reducir el coste de impresión permitiendo que los tiempos de postproceso sean lo más bajos posible, reducir el número de soportes o facilidad para el vaciado del polvo”. A esto, Uclés añade: «La tecnología y material elegido, nos limita el diseño en las geometrías y resistencias, si queremos tener un elemento de calidad».

El postratamiento será otro aspecto importante al que prestar atención. Sea cual sea el material elegido, será necesario realizar ciertos pasos para obtener el acabado final deseado. Además, el experto de Altom destaca que “también es importante encontrar un compromiso entre velocidad de impresión y acabado superficial que permita reducir el tiempo de postprocesado posterior”. Y no le falta razón, puesto que todo el proceso de la cadena de valor deberá estar optimizado para obtener los mejores resultados posibles al menor tiempo y coste.

Sobre las opciones de postratamiento, Kronjäger dice: “El post-procesamiento te ofrece una gran cantidad de opciones para mejorar la durabilidad, la rugosidad de la superficie y la calidad general de tu pieza impresa en 3D.  Entre ellas se encuentran, por ejemplo, la limpieza, el tratamiento de la superficie y el finishing. La solución depende del material y de la superficie deseada. Incluso puede revestir las piezas de diferentes colores”.

Es importante tener en cuenta postratamiento a la hora de elegir un polímero. (Créditos: Xper3D)

Polímeros según aplicación de impresión 3D

Una vez hemos comprendido los tipos de materiales que hay y los aspectos a tener en cuenta, veamos ahora las aplicaciones. Como hemos mencionado, cada vez hay más industrias y sectores que están apostando por integrar las tecnologías 4.0 en su producción. Por esta razón, las aplicaciones de la impresión 3D son muy variadas. Los polímeros básicos se suelen utilizar en situaciones donde no haya una degradación por temperatura, ambientes químicos o que estén sometidos a estrés mecánico. Por otra parte, los de alto rendimiento, como el ULTEM o el PEEK, están más preparados para los ambientes industriales con altas exigencias. Francisco José Uclés resume de forma clara y sencilla su respuesta: “Para impresiones domésticas, la tendencia es el PLA y ABS, por su abaratamiento y facilidad de uso. Pero en el ámbito profesional, la tendencia principal son los nylons en poliamidas,  los polímeros de altas prestaciones y los reforzados con fibras continuas”.

No olvidemos que para obtener piezas finales de fabricación profesional, hay que contar con los procesos de calidad y trazabilidad de los mismos, por lo que recurrir a un servicio de impresión 3D experimentado puede ser una opción viable. Fernanda nos pone ejemplos de aplicaciones más concretas: “Si el usuario busca producir piezas funcionales dúctiles con un alargamiento a la rotura y buena resistencia al impacto, la PA11 es una buena opción. Por otro lado, el PP se caracteriza por sus propiedades, su baja densidad y su resistencia química. Esto significa que siempre que un elemento no deba romperse inmediatamente, que el elemento deba ser ligero, pero al mismo tiempo denso y/o que se utilicen productos químicos, debe considerarse el polipropileno”. Por último, Jaume termina dando una opinión un poco diferente: “En general intentar no imprimir en plásticos de alta temperatura si no es necesario y si no encontramos alternativa sobre todo debido a dificultad de impresión y precios de los materiales”. Con esto vemos que la elección es muy amplia y que es de vital importancia conocer al detalle el tipo de aplicación al que se van a destinar las piezas antes de apostar por un material u otro.

Los polímeros de alto rendimiento son ideales para aplicaciones avanzadas y exigentes. (Créditos: 3DGence)

Últimos consejos de nuestros expertos

Francisco José Uclés: Empieza por equipos y materiales básicos, con polímeros fáciles de imprimir, para entender bien todos los pasos de la fabricación aditiva. Creo que es un error comenzar con elementos complejos, porque pueden desanimar los resultados y alejarte de este apasionante mundo.

Jaume Altesa: Empieza con una gama de máquinas media que permita plásticos un poco más técnicos ABS, PA, TPC. Comienza a probar polímeros un poco más difíciles de imprimir; con esto siempre tendrás carga para la máquina y aprendizaje y en caso necesario hacer estudio de volúmenes para inversiones de máquinas más industriales y de alta temperatura.

Fernanda Kronjäger: Podría dar muchos consejos para que los lectores se decidan y sepan por qué deben implementar la impresión 3D. Pero lo voy a resumir en: libertad de diseño, ahorro de costes, creación de piezas reales y más allá de prototipado. ¡No lo pienses mucho y hazlo!

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*Créditos foto de portada: MiniFactory